当前课程知识点:声纳技术 > 第二章 主动声纳信号 > 2.2 主动声纳信号的描述 > 2.2.1 学习视频
本知识点讲解了主动声纳信号的时间函数、频谱函数和模糊函数的概念和意义。
下面我们一起来学习本次课的内容
本次课我们主要学习
主动声纳信号的描述
我们要想利用声纳信号进行设计处理及分析
首先要将信号描述出来
常用的信号描述方法包括
图像数学表达式等描述方法
信号的波形等属于图像描述方法
而利用数学表达式的信号描述方法
主要指的是信号的函数描述
本次课我们重点介绍
主动声纳常用的函数描述方法
主要包括时间函数频谱函数和模糊函数
下面首先看一下信号的时间函数
时间函数是我们接触比较多的一类函数
它是以时间为独立变量
反映信号的幅值随时间变化的关系
而主动声纳发射的信号通常是这样一类信号
其频谱的主要成分集中在载频附近某一频带内
也就是工作带宽B远远小于载频f0
我们将这样一类信号称为窄带信号
对于主动声纳所发射及处理的
窄带信号的时间函数的表达式
可表示成这样一个形式
其中t的取值在0到大T内
信号幅度随时间发生变化
而在其它时候信号幅度为0
大T称为脉冲宽度
f0是载波频率
a(t)称为幅度调制函数
φ(t)称为相位调制信号
幅度调制函数a(t)与载频f0相比
是时间的慢变函数
为便于分析及处理
窄带实信号还可以表示成复信号的形式
也就是实信号小s(t)
可以表示成复信号S(t)的实部
复信号大S(t)取非零时
可表示成a一把乘以ej2πf0t
ej2πf0t是载频信号
而a一把是复包络信号
复包络信号可表示成
幅度调制信号与相位调制信号的乘积
通过时间函数
还可以分析信号的瞬时频率
信号的瞬时频率是什么呢
信号的瞬时频率就是信号的相位函数的导数
等于载频f0+大F(t)
其中大F(t)称为频率调制信号
对于如图所示线性调频信号
其频率调制信号是一条直线
时间函数可以很直观的表现
发射信号随时间的变化特性
但是直接对它本身进行分析和处理都比较困难
特别是
目标特性分析目标识别等方面更加困难
例如左边的是女生声音的时域波形
右边是男生声音的时域波形
通过时间信号很难予以识别
为克服这种困难
常将一般的复杂信号展开成
各类便于分析处理的基本信号之和
或积分的形式
最常用的基信号是正弦函数
将信号分解成
一系列正弦函数和的形式的过程
我们知道就是傅里叶变换
由此得到的函数就是频谱函数
下面看一下信号的频谱函数
信号的频谱函数我们已经知道是
信号时间函数s(t)的傅里叶变换
频谱函数以频率f为独立变量
还可表示成复函数的形式
这个
S(f)的模称为信号的幅度谱
φ(f)称为信号的相位谱
这是由频谱函数得到的
一种简单信号的频谱图
大家看一下
通过频谱函数可以分析信号的频率结构
各频率成分的幅值相位关系等等
比如工作中心频率是多少工作带宽等
通常将信号幅度谱下降到
最大值的0707倍(-3dB)处的频带宽度
称为信号的带宽
通过信号频谱分析
我们可采取有针对性的设计
也更有益于挖掘目标的特性
进行目标的识别
最后
我们介绍最后一种
信号的描述方法
模糊函数
主动声纳发射的信号不包括任何目标的信息;
有关目标的信息是在发射信号碰到目标
并产生反射的过程中调制到发射信号上的
即目标的全部信息是由声纳的回波信号所携带
但不同发射信号对目标参数
例如距离速度等的探测能力是不一样的
而模糊函数能够很好的刻画
回波信号和发射信号之间的差别
定量描述发射信号对
目标距离及速度的分辨力测量精度
是对声纳信号进行分析研究
和波形设计的有效工具
信号s(t)的模糊函数是st乘以st加τ的共轭
乘以e-j2πξt积分后的绝对值
来大家看是这个公式
因此模糊函数的值是一个正实值
从模糊函数的定义中我们不难发现
模糊函数参量包括两个
一个是信号时延τ
信号时延τ与什么有关呢
与目标距离有关
另一个是信号频移ξ
信号的频移与目标的速度有关
何为信号的频移呢
我们将在下次课中介绍
模糊函数既包含时域参量又包括频域参量
因此模糊函数是对信号时频联合域的描述
本次课我们重点介绍了
主动声纳信号的三种描述方法
信号的时间函数
描述了信号的时域特性
信号的频谱函数
描述了信号的频域特性
而模糊函数则描述了信号的时频域联合特性
时间函数及频谱函数我们接触比较多
的两类信号描述方法
而对模糊函数接触比较少
所以下面几次课
我们将对模糊函数进行重点的介绍
本次课就介绍到这里谢谢再见
-1.1 从美人鱼看什么是声纳
--1.1.3 本节小测验
-1.2 声纳的发展简史
--1.2.3 本节小测验
-1.3 从一艘潜艇看声纳的分类
--1.3.3 本节小测验
-1.4 声纳方程
--1.4.3 本章小测验
-1.5 声纳系统的战术和技术指标
-2.1 初识声纳信号
--2.1.3 本节小测验
-2.2 主动声纳信号的描述
--2.2.3 本节小测验
-2.3 从汽笛声看多普勒频移
--2.3.3 本节小测验
-2.4 从分辨力的角度看模糊函数
--2.4.3 本节小测验
-2.5 常用主动声纳信号之CW信号分析
--2.5.3本节小测验
-2.6 常用主动声纳信号之LFM信号分析
--2.6.3 本节小测验
-3.1 振幅测向——最大值测向
--3.1.3 本节小测验
-3.2 振幅测向——振幅差值法测向
--3.2.3 本节小测验
-3.3 相位法测向
--3.3.3 本节小测验
-3.4 相位法测向的多值性问题
--3.4.3 本节小测验
-4.1 从手电筒操作看波束形成的原理
--4.1.3 本节小测验
-4.2 加权和加档
--4.2.3 本节小测验
-4.3 直线单波束的指向性
--4.3.3 本节小测验
-4.4 直线多波束的相关问题
--4.4.3 本节小测验
-4.5 波束形成器
--4.5.3 本节小测验
-5.1 测距导语
--5.1.3 本节小测验
-5.2 脉冲测距法
--5.2.3 本节小测验
-5.3 调频信号测距法
--5.3.3 本节小测验
-5.4 调频信号测距法——动目标测距
--5.4.3 本节小测验
-5.5 潜艇侧面为什么有三个阵
--5.5.3 本节小测验
-【选学内容】5.6相位测距法
-6.1 测速导语
--6.1.3 本节小测验
-6.2 矢量速度的测量
--6.2.3 本节小测验
-6.3 又见脉冲——脉冲测速法
--6.3.3 本节小测验
-6.4 目标多普勒测速法
--6.4.3 本节小测验
-6.5 本舰多普勒测速法——基本原理和发射波形
--6.5.3 本节小测验
-6.6 【选学内容】本舰多普勒测速法——误差分析
--6.6.3 本节小测验
-6.7 相关测速
--6.7.3 本节小测验
-7.1 声纳发射机
--7.1.3 本节小测验
-7.2 声纳接收机
--7.2.3 本节小测验
-7.3 设备会说谎吗?
--7.3.3 本节小测验
-7.4 相控发射
--7.4.3 本节小测验
-【选学内容】7.5 匹配滤波器的原理
-【选学内容】7.6 主动声纳信号的匹配滤波
-8.1 航空声纳浮标系统
--8.1.3 本节小测验
-8.2 航空吊放声纳系统
--8.2.3 本节小测验
-期末考试